飞机什么时候电动化?

电动飞机越来越接近实用化。英国罗尔斯·罗伊斯(Rolls·Royce)将于2021年夏季实施小型电动飞机的首飞。小型电动飞机有望2023年实用化,随着经济从新冠疫情中恢复,这种飞机有望得到普及。

电动飞机把喷气式发动机和汽油发动机替换为电动马达。已开发出了发动机与马达相结合的“混合动力”型等多种驱动方式。能够减小飞行时的能源消耗,降低温室气体排放量。

据航空运输行动组织(ATAG)统计,2019年飞机排放的二氧化碳为9.15亿吨,占到世界总排放量的3%,在20年里增加了4成。飞机运送1名乘客排放的二氧化碳是巴士的2倍,铁路的6倍。

电动飞机主要有3种。最小的是垂直起飞着陆、不需要跑道的“飞行汽车”。其次是搭载几人~十几人、从跑道起飞的小型飞机。第三种是搭载几十人以上的中大型飞机。一般而言,电动飞机在轻量化的同时,还需要提高电池的能量密度和马达的输出功率,因此飞机越大越难以实用化。

飞行汽车有望2023年达到实用化。丰田出资的美国初创企业Joby Aviation开发出了能以时速320公里飞行240公里以上的5座飞行汽车,将于2023年开始商业飞行。

德国初创企业Lilium正在开发以时速280公里飞行的7座飞机,将于2024年商业化。这款飞机采用东丽的碳纤维,减轻了机身重量。

小型电动飞机已进入全面试飞阶段。罗尔斯·罗伊斯将于2021年夏季首次试飞。该公司提出的目标是,飞行时速要达到世界最高的约480公里。特点是安装了“飞机用途中能量密度最大”(罗尔斯·罗伊斯)的约6千块电池及自主的冷却系统。2026年将面向挪威的国内航线提供小型电动飞机。

有的企业已成功进行载人试飞。美国初创企业MagniX在2019年已成功实现搭载1人的飞行。据悉通过优化马达磁铁及线圈的组合,去掉了改变螺旋桨转数的减速器。

MagniX为水上飞机安装了电动马达。据悉安装一个马达时,最多可飞行160公里,安装2个马达时,可以以407公里的时速最远飞行815公里。目标是2021年内搭载11人进行试飞,2023年获得载客许可。

还有企业不用蓄电池,选择使用靠氢气发电的燃料电池。

初创企业ZeroAvia在2020年秋季利用燃料电池使小型飞机飞上天空。如果实现储氢罐的轻量化,燃料电池将成为降低重量的动力源。力争到2024年以10~20座的飞机实现约800公里的商业飞行。

荷兰的代尔夫特理工大学与涂料企业阿克苏诺贝尔等携手,计划到2023年推出采用燃料电池的小型飞机。最早在今年夏季试飞。欧洲空中客车公司也在讨论以氢气为动力的100~200座的中大型飞机。

要推出中大型电动飞机,马达输出功率被认为要达到此前5倍以上,电池容量要达到4~5倍,需要拥有革新性的技术。

日本航空机开发协会的调查显示,10座的电动飞机到2020年代前半期将实现实用化。同时预计50~100座机型要等到2020年代后半期,超过100座的机型则要等到2030年代才能实用化。

现有蓄电池的能量密度仅为喷气式飞机燃料的约50分之1,输出功率也低。日本航空机开发协会的估算显示,要让美国波音的“737系列”飞机起飞,单纯计算需要约50吨的蓄电池。

虽然存在技术课题,但由于环保对策,追求飞机电动化的趋势有望取得进展。挪威的航空与机场管理企业Avinor在2018年宣布,该公司在瑞典起降的全部短途航班到2040年计划完全改为电动飞机。以欧洲为中心,2019年出现了被称为“飞行耻辱”的避免乘坐飞机的趋势。国际民用航空组织(ICAO)提出了2020年以后不增加总排放量的目标。

新冠疫情导致飞机乘客锐减。虽然难以准确预测今后的需求复苏情况,但日本航空机开发协会在3月发布的市场预测中表示期待称,“如果疫苗普及顺利,(航空旅客需求)到2023年将恢复至2019年的90~95%,到2024年超过100%”。

如果经济活动变得活跃,必然需要应对气候变暖。就像法国政府对飞机的环保对策支援150亿欧元一样,预计各国政府将给予扶持。

电动飞机的普及面临成本问题

电动飞机的普及面临成本问题。有估算认为,电动飞机的机体将比之前的飞机便宜,但由于搭载大量电池和马达,客货仓空间变得狭小,盈利性恶化。

日本的航空机国际共同开发促进基金(IADF)的估算显示,要飞行相同距离,电费每千瓦时约为0.12美元,和喷气式飞机燃料相比成本增至约1.7倍。

在航空器应对气候变暖方面,采用可再生燃料SAF的方法也得到讨论。据悉电动飞机的动力成本比使用SAF燃料便宜,因此具有竞争力。

如果利用燃料电池等,采用氢燃料的成本高达每千瓦时约0.39美元。与面向汽车的燃料电池相比,如果用于飞机,单位重量的输出功率需要达到2~3倍。同时需要实现燃料箱的轻量化和掌握廉价制造氢气方法等。

预计电动飞机从替代螺旋桨飞机开始普及。航空机国际共同开発促进基金的估算显示,7座小型飞机将1名乘客运送1公里,电动飞机的飞行成本为0.18美元,比螺旋桨飞机低4成。

印度的市场调查公司MarketsandMarkets的统计显示,预计飞机电动化的世界市场规模到2022年为34亿美元,到2030年达到86亿美元。首先在短途运输领域,在起飞和爬升阶段,利用电动马达等弥补所需输出功率的需求将增加。(来源:日经中文网)

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